电池包箱体 | 搅拌摩擦焊（FSW）知多少

无声的焊接革命，托起新能源汽车的安全基石。

在新能源汽车迅猛发展的今天，电池包作为核心部件，其安全性与可靠性直接关系到整车的性能。而电池包的制造工艺中，搅拌摩擦焊这一技术正发挥着越来越重要的作用。它究竟有何魅力，能够成为众多电池包箱体焊接的首选？

以下是下壳体的生产过程：

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是英国焊接研究所于1991年发明的一种固态连接技术，被誉为继激光焊之后“焊接史上的第二次革命”。

其原理十分巧妙：将一个高速旋转、带有搅拌针和轴肩的特殊工具，缓缓插入待焊工件的接缝处。搅拌针与工件摩擦产生热量，使周围金属温度升高至热塑性状态（但低于熔点），此时材料变得像黏土一样柔软可塑。

在搅拌头沿着焊缝方向移动的过程中，轴肩会紧压材料表面，防止塑性材料溢出。热塑化的金属在搅拌头的旋转和挤压作用下，从一个复杂的材料流动过程，最终在冷却后形成一条致密、坚固的焊缝。整个过程中，母材并未熔化，从而避免了许多传统熔焊常见的缺陷。

搅拌摩擦焊最初主要应用于铝合金、镁合金等低熔点金属的焊接，但随着技术和材料科学的进步，其应用范围已大大扩展。

• 铝合金：这是FSW应用最广泛、最成熟的领域。特别是在汽车轻量化趋势下，铝合金电池包箱体、轮毂、车身结构等均可使用FSW焊接。

• 镁合金、铜合金：这些材料同样具有良好的FSW可焊性。

• 异种材料连接：FSW在连接异种材料方面展现出独特优势，如铝-钢、铝-镁、铝-铜等。通过控制热输入和材料流动，可以有效抑制脆性金属间化合物的生成，获得性能良好的接头。

• 高熔点材料：随着耐高温搅拌头材料（如特殊的钴基合金）的发展，FSW现已能够应用于钢材、钛合金等高熔点材料的焊接。

值得一提的是，FSW也适用于金属基复合材料细晶合金等采用熔焊容易产生不良反应的材料。

由于搅拌摩擦焊是固相连接过程，其焊缝性能通常优于传统熔焊。

组织结构优异：FSW焊缝区域的组织是锻造态的细晶组织，几乎无气孔、裂纹、夹渣等熔焊常见缺陷。热影响区显微组织变化小，接头残余应力低，工件不易变形。

力学性能出色：对于铝合金，FSW接头的强度通常很高。例如，形变强化铝合金的FSW接头力学性能可达母材强度的100%，热处理强化铝合金的接头强度也能达到母材强度的75%-90%。有研究表明，通过优化工艺参数（如主轴转速、焊接速度、下压力），焊接接头抗拉强度可稳定达到母材抗拉强度的75%以上。

密封性与耐腐蚀性：FSW焊缝致密，具有优良的密封性，这对于需要防尘防水、保证冷却液不泄漏的电池包液冷板至关重要。同时，由于焊缝组织均匀，其耐腐蚀性能也较好。

电池包是新能源汽车的“心脏”，其箱体必须满足严格的要求，而FSW工艺正好契合了这些需求。

安全性要求极高：电池包必须有效防护内部的电芯和高压线路，防止外界水分、杂质侵入，并保证在碰撞等极端工况下结构完整。FSW提供的高强度、高密封性焊缝是安全的重要保障。相比传统熔焊，FSW焊缝无裂纹、气孔等缺陷，从源头上消除了泄漏点。

轻量化需求迫切：为提升续航里程，新能源汽车必须减重。电池包箱体采用铝合金等轻质材料，并结合FSW这一先进连接技术，是实现轻量化的有效途径。

变形控制至关重要：电池包内电芯排列精密，对箱体的尺寸精度和形变控制要求极高。FSW作为一种低热输入工艺，能显著减小焊接变形，保证箱体的尺寸稳定性，避免因过大变形导致内部电芯或元器件受压。

生产效率与环保性：FSW过程易于实现自动化和机械化，生产效率高。同时，它无需焊丝、保护气体，无烟尘、弧光污染，是一种绿色环保的制造技术，符合现代工业的发展方向。

目前，包括比亚迪“刀片电池”、吉利、小鹏等多家车企的电池包箱体制造中均采用了搅拌摩擦焊技术。

电池包箱体的焊接有多种工艺选择，每种都有其特点和适用场景。下表对比了FSW与几种常见焊接方法的优劣。

焊接方法

优点

缺点

适用场景

搅拌摩擦焊（FSW）

焊缝质量高（强度高、缺陷少）、密封性好变形小绿色环保、无需消耗品（焊丝、气体）

焊接结束处有匙孔（可用技术手段消除）、工件需刚性固定、设备投资较大

铝合金电池包箱体主焊缝、液冷板密封焊接

冷金属过渡焊（CMT）

热输入量低、飞溅小、间隙容忍性好

仍属于熔焊范畴，可能存在气孔等缺陷、需要保护气体

电池包下壳体边框连接

激光焊

焊接速度快深度大、变形相对较小

设备成本高、对工件装配间隙要求极高

对精度和外观要求高的部件，应用于电池包箱体较少

电阻点焊

成本低、速度快、强度高

需要焊钳可达空间、密封性差（需辅以涂胶）、通常用于钢板

钢制电池包下壳体连接（如特斯拉部分车型）

CO2气体保护焊

操作灵活、成本低、对油污不敏感

焊缝成型粗糙、飞溅大、有焊渣、污染环境

在电池包制造中逐渐被替代，一些早期车型或低端应用可能使用

从对比中可以看出，FSW在追求高质量、高密封性和低变形的铝合金电池包箱体焊接中，具有非常明显的综合优势。它特别适用于电池包底板拼接、底板与边框的连接等关键密封部位。

搅拌摩擦焊技术凭借其固相连接的独特优势，为新能源汽车电池包的安全、轻量化和长寿命提供了可靠的工艺保障。随着电池技术向更高能量密度、更快充电速度发展，对电池包结构制造工艺的要求必将愈发严苛。

而搅拌摩擦焊技术本身也在向智能化、多维化方向发展，未来有望在新能源汽车及其他高端制造领域发挥更为重要的作用。可以说，这项看似安静的焊接技术，正在无声处托起着我们绿色出行的未来。

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